泥浆损害仪设计

1、目 录前言11.泥浆损害仪的功能，研究方向及其作用11.1 泥浆损害仪的功能 11.2 泥浆损害仪的作用11.3 泥浆损害仪的研究方向及其实验过程2 研究课题内容2 泥浆固化的影响3 实验程序3 结果讨论6 结论72 泥浆损害仪的结构分析及其力学计算72.1 设计思路72.2 实验过程72.3 涉及到实验关键82.4 泥浆损害仪的设计8 橡胶筒的设计8 金属材料选择8 橡胶材料选择8 橡胶筒的设计9 岩心筒的设计10 右柱塞的设计15 右顶紧螺母的设计 15 右调节螺母的设计 16 右螺母的设计16 左柱塞的设计17左螺母的设计 17左进螺母的设计 17确定岩心筒的长度 18橡胶筒的密封设计

2、18泥浆损害仪的总示意图 183. 毕业设计总结19参考文献20致谢22附录23泥浆损害仪的设计学 生:张靖健 工程技术学院指导老师:宋宏 工程技术学院摘要 本仪器主要是为了保护油层,防止损害油层的一项勘探开发过程,是实现”少投资,多产出”的以经济效益为中心的战略目标的一项综合配套技术,地层损害的内因在于油气层本身的性质.如岩性,物性和地层水特性(水型,矿化度,PH值),而地层损害外因在于进入油层的外来流体的不配合性或者不相容性,因此评价所有入井流体配伍性是实施油层保护技术的基础工作,而且完成该项目最直接的可靠的和最现实的方法是应用现代岩心实验技术进行油层岩心流动实验.显而易见,控制井眼不稳定

3、和地层损害问题的关键是设计一种合适的钻井液,它能在井壁上形成一个致密的低渗透性泥饼以使进入地层的滤液降到最小。此研究的目的是用实验方法研究在低渗透性气层中不同钻井泥浆体系的泥饼特性,以便形成一个标准,使钻井工业能够选择合适的泥浆体系用于这类气层。该损害仪的零部件由11个部分组成,计算采取分开计算,并对各个部分进行强度较核,来达到使用经济效果。关键词 岩性,物性, 地层水特性Abstract This instrument mainly prevents damaging a exploration and development course of the oil reservoir for

4、protecting the oil reservoir , realize a comprehensive ability to supply the necessary technology taking economic benefits as strategic objective of the centre on " make the investment little , large a output ", nature that the internal cause that the stratum damages lies in the oil gas-be

5、aring formation itself. Such as the rock, the thing and stratum water characteristic (water type, mineralization, hydrogen ion index), but stratum damage external cause lie in enter outside cooperation or compatibility of fluid of oil reservoir, appraise all enter well fluid compatibility to impleme

6、nt oil reservoir protect element task of technology, finish project this a direct one reliable and most realistic method to use modern drill core experimental technique carry on oil reservoir drill core flow the experiment most.Obviously , control well eyes unstably and the key of damaging the quest

7、ion of stratum is to design a kind of suitable well drilling liquid , it can form one pre-pressing low permeability mud cake in order to enter to is it bring down to minimumly to filtrate stratum at borehole wall. Research this purpose to study different well drilling mud cake characteristic , mud o

8、f system among low permeability gas-bearing formation with experiment method, in order to take shape a standard , enable the industry of the well drilling to choose the suitable mud system to use for this kind of gas-bearing formation. Is it damage spare part of appearance made up of 11 parts , is i

9、t is it calculate separately to take to calculate to it's time, carry on to each part intensity relatively core , to up to and use the economic result.Keyword Rock, the thing , stratum water characteristic前 言本课题主要目的是加深对机械结构设计和尺寸设计方面的了解，并用于生产实际中得出。在这之前研究过泥浆对岩石损害仅限于一般了解，一直都没确切的仪器来进行研究和实验，详细检测损害程度和

10、造成结果。其中文献主要来源是导师推荐和自己到图书馆查阅机械设计方面书籍来进行计算和理论研究的。1. 泥浆损害仪的功能，研究方向及其作用.1.1泥浆损害仪的功能在钻井过程中，采用泥浆打开油层，在其中会破坏岩心，以至于破坏了油层，所以该设备的主要功能包括以下几点：1. 测试在泥浆通过岩心时候对岩石损害程度；2. 测试泥浆通过岩心后，岩心温度情况；3. 测试泥浆通过岩心后，看其岩心的渗透率；1.2泥浆损害仪的作用本仪器主要是为了保护油层,防止损害油层的一项勘探开发过程,是实现”少投资,多产出的以经济效益为中心的战略目标的一项综合配套技术,地层损害的内因在于油气层本身的性质.如岩性,物性和地层水特性(

11、水型,矿化度,PH值),而地层损害外因在于进入油层的外来流体的不配合性或者不相容性,因此评价所有入井流体配伍性是实施油层保护技术的基础工作,而且完成该项目最直接的可靠的和最现实的方法是应用现代岩心实验技术进行油层岩心流动实验。1钻井液水泥浆,完井液,射孔液等各种井筒工作液体的侵入损害是油层通道的第一环,在正压差打开油层时候,工作液的固相和液相不可避免进入油层,从而堵塞油气层通道和诱发储油层各种敏感性,如速敏,水敏,酸敏,盐敏,碱敏,等损害,显然,油气层损害深层与损害程度与工作液侵入有关系,而侵入量又与岩石物性,钻井压差,泥浆性能以及作业时间等因素有关系,因此,通过模拟钻井过程过程的岩心流动实验

12、,对于评价油气层损害深度和程度,从而优选工作液,特别是为完井的射孔作业的设计提供穿透深度等参数和依据是关系到是否发现油气层,正确评价其储集性能和油气井能能否获得高产的关键.2为了完成高压在地层中的钻井技术.评价高压地层条件下完井液对储层的损害我们研制了模拟地层条件下端面污染的实验仪器来进行检测.1.3泥浆损害仪的研究方向及其实验过程研究课题内容井眼不稳定和地层损害是石油工业遇到的两个主要问题。人们普遍认为,地层损害主要是泥浆滤液的侵入与流体岩石相互作用改变了孔隙内流体的化学性质引起的。在井壁上形成一层致密的泥饼以阻止泥浆滤液的侵入。致密的泥饼也能对井壁起到支撑作用而防止井眼坍塌。因此,解决井眼

13、不稳定和地层损害问题最有效的方法是设计一种与储层内流体岩石相适应、具有独特泥饼特性的钻井液。本文探讨了多种新型特性的泥浆体系,以及它们在澳大利亚中心地区致密气层钻井完井中的潜在用途,这些地区的储层非常容易受到损害。探讨的4种泥浆中,酯基泥浆在井壁上形成一层致密泥饼,这是一种最有效的保护储层的泥浆体系。井眼不稳定主要发生在覆盖目的层的页岩中,影响勘探直至开发的整个钻井过程,估计全球每年的花费超过六亿五千万美元。另一方面,目前在澳大利亚由于地层损害造成的生产损失每天高达5到10万桶石油。这表明急需开发补救技术以降低这种损失。一般认为,地层损害是由于不配伍的外来液体和/或外来固相颗粒侵入地层所致。在

14、致密气层,由于渗透率比常规油气层更低,地层损害问题更为严重。在钻井和完井作业中,由于这种地层原始渗透率低,任何渗透率损失都将引起油气井产量的显著降低。泥浆滤液侵入原始地层也可能引起井眼不稳定问题,正像任何孔隙压力的增加都将降低地层的机械强度,导致井眼坍塌和其它井眼不稳定问题。钻遇未胶结地层和坍塌性地层更是这样。3为了避免这种井眼不稳定问题,研制一种能很快在井壁表面上形成薄而致密的低渗透性泥饼的钻井泥浆,以便进一步阻止泥浆滤液进入地层,是最理想的。既然这样,就要求从井壁到近井眼区域,泥浆压力急剧下降。对井壁来说,这将提供一个极好的泥浆支撑作用。显而易见,控制井眼不稳定和地层损害问题的关键是设计一

15、种合适的钻井液,它能在井壁上形成一个致密的低渗透性泥饼以使进入地层的滤液降到最小。此研究的目的是用实验方法研究在低渗透性气层中不同钻井泥浆体系的泥饼特性,以便形成一个标准,使钻井工业能够选择合适的泥浆体系用于这类气层。泥浆固化影响如上所述,一种理想的钻井泥浆应与地层的化学性质相匹配,同时既能在井壁上形成一种薄而致密的外泥饼,又能在井眼周围非常近的区域中形成薄的内泥饼,以把泥浆滤液和泥浆固相侵入量降到最小。众所周知,泥浆瞬时滤失量在泥饼形成前产生,而且瞬时滤失量大小是钻井泥浆的一个重要特性。内泥饼形成的速度根据泥浆中固相颗粒大小与地层孔隙尺寸的配伍性而定。比孔径大的颗粒不能进入孔隙,因此在环空泥

16、浆流中连续不断地反复携带。同时,比孔隙小得多的颗粒,进入孔隙而且自由地运移到地层内。内泥饼是在外泥饼形成基础上形成的。外泥饼形成的速率由泥浆流中有利于颗粒在泥饼表面沉积的流体动力和有利于清除泥饼表面颗粒的剪切应力控制。这两个力达到平衡,泥饼厚度不再增加。环空泥浆循环速度越高,固相颗粒沉积越少,泥饼越薄,它的性能就越好。也就是说,低孔隙度和低渗透率是非常重要的。显而易见,为了桥堵孔道和孔喉,泥浆中固相颗粒的大小是确定内泥饼形成初始阶段瞬时滤失量大小的关键。4可是,泥浆中的细微颗粒在确定内泥饼和外泥饼的孔隙度和渗透率方面起着重要的作用。因此,为了获得薄、渗透率又低的泥饼,钻井泥浆应含有各种规格的固

17、相颗粒。实验程序在此研究中,用澳大利亚中部致密含气砂岩研究4种钻井泥浆的泥饼特性,即乙二醇泥浆、酯基泥浆、高温粘土抑制(HTCI)泥浆及改性的高温粘土抑制泥浆。众所周知,这些钻井泥浆有许多新的特性,使得它们适合钻低压致密气层。评价这4种泥浆所成泥饼的特性是根据API滤失量、瞬时滤失量、动态滤失量和动失水后地层的渗透率损失几项指标确定的。5扫描电子显微技术被用来定性地评价泥浆结构和泥浆固相侵入深度。材料：沿层面从整块岩心钻切直径LIN的岩样。在80的烘箱中烘48后,用三氯甲烷和甲醇(87:13)共沸物在回流加热索氏抽提器中抽提实验岩心。混合物的沸点低于40。连续抽提24h直到与实验岩样接触的溶剂

18、无变色为止。实验前,岩样在80烘箱中烘干24h。用和上述制备岩样相同的方法制备岩样切片,通过X射线衍射(XRD)和X射线荧光分析(XRF)测定岩样的矿物组分。利用氦孔隙度仪(CoreLabro RatoriesINC.)和压汞孔隙度仪(Autorator9220)分别测定岩样的孔隙度和孔径分布状况。6用微型渗透率仪(CoreLabro RatoriesINC.)测定岩样的空气渗透率。利用渗透率仪测定动态失水前后湿气渗透率。此研究中所用4种泥浆体系的主要组分见下表。每种泥浆配制完后便放在滚子炉中温度达80的情况下老化24h。用氢氧化钠溶液调节泥浆的值。用失水仪测量泥浆的静失水。用扫描电子显微技术

19、观察静态泥浆,研究静态泥饼结构。用于致密气砂岩层的几种钻井泥浆的组分钻井泥浆成分乙二醇泥浆水,聚合物, 乙二醇,乳化剂,氯化钾酯基泥浆乳化剂,耐高温处理剂,氯化钙,氢氧化钠高温黏土抑制泥浆水,高温聚合物,黏土,重质碳酸钙改性的泥浆水,高温聚合物,黏土,重质碳酸钙仪器：设备研究中使用的是湿气渗透率仪。用湿气测量原始渗透率前岩样用盐水抽真空饱和。湿气由空气加湿系统产生,此空气加湿系统由一个压缩的空气罐,充满玻璃球和水的含水饱和塔,一个冷却水浴和一个相对湿度测试仪组成。空气的湿度通过调节冷却水浴的温度来控制。7该项研究中所用的动失水仪采用的是一个三活塞往复泵和闭环回路,以保持钻井液在恒压下不断循环。

20、通过泥浆容器中的加热元件把循环泥浆的温度维持在60。岩心夹持器及其附件放在一个空气烘箱中维持同样的温度。利用回压阀维持回压(模拟地层压力)。把回压阀设计成只有当滤液压力大于地层压力(孔隙压力)时,泥浆滤液才能流过阀。8利用与电子计算机相连的电子天平监测滤液量与时间关系,测量动态失水率。动态失水实验：短岩心柱(长4)的渗透率测定情况表明,地层的渗透率变化非常大,即使在长为4的岩心中情况也是如此。为了利用岩心柱上所获得的数据来解释渗透率的变化,4的岩心被切割为2段。动态失水实验前后分别测定两段的渗透率。前段(1.5)与循环泥浆最接近,而且这段的恢复渗透率将说明内泥饼的致密度。后段(2.5)的恢复渗

21、透率将告诉我们由于动态泥浆循环地层损害的程度。此后,这两段(前段和后段)岩心将被看作完整岩心。在相同条件下,用各种泥浆体系对具有相同物理性质的两块组合岩心进行动态实验。这样,一段用于研究恢复渗透率,另一段用于扫描电子显微技术研究。从组合岩心不同部位切下的薄片(12mm)去目测固相侵入的程度。用湿气渗透率仪分别测定两段的饱和度和原始渗透率。每段岩心在用脱色盐水饱和前,放入岩心夹持器中,用35水银柱的压力抽真空。9孔隙流体的含盐浓度,由临界含盐浓度()实验法确定。对此研究中的砂岩地层,是4%(重量百分比)。饱和后,卸下岩心,称重,测其饱和度。然后把岩心再装入岩心夹持器中。注入湿气,直至获得一个稳定

22、的束缚水饱和度。测量空气原始渗透率。为了比较此岩心段的原始渗透率和恢复渗透率,测量同一岩心柱的两种渗透率,必须注入相同累计孔隙体积的湿气。湿气量是造岩心束缚盐水饱和度所必需的(测定初始湿气渗透率)。为了保持组合岩心前后段的一致性,对每段使用相同量的湿气孔隙体积。在25下测量渗透率。在空气浴烘箱中维持渗透率仪的实验温度,温度误差范围为1。测量原始渗透率后,卸下岩心,称重,测定束缚盐水饱和度。把两段岩心连接起来装入动态失水岩心夹持器中。前面岩心的端面受到连续不断的泥浆循环作用,泥浆循环速度为0.5/,循环时间4。在4的动态失水过程中岩心的压差为100/2。泥浆循环4后,在静止条件下,岩样继续与泥浆

23、接触10,模拟实际操作的关井阶段。在此期间维持100/2的静态压差。10在14的实验过程中,监测渗透速度。然后再卸下岩心,称重估算泥浆固相和滤液侵入深度。实验完成后,用湿气渗透率仪测定岩心的恢复渗透率。结果讨论矿物和岩石物理性质：射线衍射和射线荧光分析表明,砂岩是富含伊利石的岩层,含量达5.8%。长石断裂和溶解与云母和云母碎片形成自生伊利石。砂岩的扫描电子显微技术研究表明,伊利石覆盖整个孔隙系统的表面,充填孔隙和堵塞孔喉。伊利石是片状结构,长11,宽7。它还没有形成很好的稳定结构。砂岩中含有少量蒙脱石和蒙/伊混层。蒙/伊混层易膨胀且对淡水环境敏感。在这种情况下,常用氯化钾(KCL)作粘土防膨剂

24、。砂岩中也含有少量高岭石和绿泥石。扫描电子显微技术分析表明高流速(比临界速度高)会引起孔隙中粘土矿物的运移。11在一个典型的致密气砂层中存在大量的微孔隙,等于或小于0.01的微孔隙约占25%。此研究中所使用的组合岩心的岩石物理性质如下表概述了岩心柱不同岩心段的湿气饱和度。泥浆性能：在此研究中,4种钻井泥浆,即:乙二醇、酯基、和改性的泥浆流变性和滤失性见表4。这些泥浆有低的失水,其中酯基泥浆最低(2.13),乙二醇泥浆最高(4.6cm)。4种泥浆没有观察到瞬时失水量。动态失水过程乙二醇泥浆乙二醇泥浆形成的静态泥饼结构为网状结构。网状结构的孔隙约从12到400,表明它是一个低孔隙度、低渗透率的泥饼

25、。扫描电子显微技术图象中能清楚地看到嵌入在网状结构中的固相颗粒。在动态失水条件下乙二醇泥浆在岩样表面形成外泥饼的扫描电子显微图象清楚地显示出泥饼表面覆盖着聚合物膜,固相颗粒进入聚合物结构中。从同一块组合岩心的前端切割下来的薄片扫描电子显微技术分析表明,内泥饼为三维网状结构。12它很致密,是低孔隙度,最大孔隙为300。从乙二醇泥浆的一个典型内泥饼结构的图,能清楚地看见聚合物结构中的结晶盐(由于冻干)和固相颗粒。观察较深断面,聚合物和固相颗粒较少。分析也显示在孔隙中伊利石和绿泥石等粘土矿物不受滤液侵入的影响。在岩样的后端面没有发现聚合物或泥浆固相颗粒。为组合岩样6在乙二醇泥浆中后端面恢复渗透率剖面

26、图。注入15000的湿气后,前段的恢复渗透率可达到原始值的45%(1.02)。当给后段注入18000的湿气,后段的恢复渗透率为100%(2.65)。这意味着乙二醇泥浆泥饼(内泥饼和外泥饼)阻止固相颗粒向地层更深的侵入,这与图相符合。结论用澳大利亚中部致密气砂岩岩心试验4种具有新型性能的钻井泥浆。根据研究的结果得出如下结论。使用酯基泥浆,如表2所示,在组合岩心的前段中恢复渗透率最低(原始渗透率为39%)。这表明4种测试泥浆中它能形成最致密的内泥饼。使用乙二醇和两种泥浆,在相同实验的组合岩心前段中其原始渗透率的恢复程度相同(大约为50%)。这明显表明:4种泥浆中有3种具有相似的内泥饼性能。可是就所

27、有情况而论,没有测出瞬时失水量,而且动态滤液损失很小。这表明,所有泥浆具有良好的泥饼性能,而且最适合作为致密气砂岩地层的钻井和完井液。除与泥浆所接触的岩心外,所有组合岩心后段的恢复渗透率都为100%。13与泥浆所接触的岩心其渗透率的恢复较低,这是由于它的主要成分不含盐。在这项研究中我们发现,如前所述4%能防止澳大利亚中部致密气砂岩地层中粘土和其它矿物的膨胀和运移。2.泥浆损害仪的结构分析及其力学计算：2.1设计思路： 目前岩心在环压下夹持在筒中，然后泥浆以一定流速经过岩心一端，在经过时候会对岩心产生一定损害，本仪器是通过此方法，来通过模拟专井中在一定深度下会对岩心损害程度以及会对石油产生什么样

28、的影响，基本是先通过导师给的数据来计算各个部分的尺寸，以及要达到的要求。2.2实验过程：1) 在开始实验时，检查零件各个部分是否接触良好。2) 取实验样品，打开仪器左端的调节螺母将岩心放入夹持器中，在旋紧螺母，固定好岩心。3) 在通过外界加一个环压来加紧岩心，达到实验指定环压，不让其在套筒内错位。4) 打开泥浆泵，通过筒的上端灌入有一定速度的泥浆流，来冲刷岩心一端。5) 关闭泥浆泵，解除环压，取出岩心并来测试岩心损害。整个实验过程如上2.3涉及到实验关键仪器在加入岩心时候是否适合，有空隙否，在加入橡胶套，加入一定环压是否会损害橡胶套，是否会有油通过橡胶与筒壁接触处漏出，在加入一定泥浆流会对仪器

29、有什么伤害，这些问题都是实验关键，也是在设计中要解决的问题，在下面计算中会逐个解决。142.4泥浆损害仪的设计橡胶筒的设计目前，在一系列的主要技术上，岩心夹持器从JHR-IV型产品，工作压力一般为3260MPa，使用温度为80，使用的介质为油、中强酸、碱、盐等中，IIIV型等岩心进口端带测压空，适合岩心规格见下表所示：一般常规标准岩心的直径为25mm. 30mm .38mm，长度在100mm以内，根据导师提供数据1.岩心直径为25 mm;2.实验岩心的最大长度为86mm,实验的最小长度为54mm;3.工作压力为8MPa. 金属材料选择由于实验过程中会接触到酸、碱，盐、油等介质，通过查机械设计手

30、册（GB122075），得出在直接接触部分包括其他零件都用1Cr18Ni9Ti,该材料用途是作焊芯，抗磁仪表，医疗器械，设备衬里等，有较好的耐腐蚀性。 橡胶材料选择按照常规的钻井深度一般为40005000m左右，按每100m地温升高3计算，橡胶筒的抗温强度设计为120150，如果地温超过150，特别是在做蒸汽驱实验时，就需要选用特种材料压制胶筒。根据此要求：橡胶筒必须耐高温（达150），耐高压（达60MPa）,耐酸、碱、盐及各种油类等优良性能，长期使用不易损坏，所以查相关橡胶设计手册，符合条件橡胶是：丁晴橡胶。15橡胶筒的设计有导师给的已知数据：实验岩心直径为25mm,根据查资料和对比以前设计

31、经验可得，橡胶筒内径取26.7mm，在有=26.7-25=1.7mm空间间隙中，有利于实验岩心进出的方便和岩心进入橡胶筒后夹持。因为橡胶筒须承受给出的8MPa的工作压力，因此根据橡胶材料选择手册可查到，丁晴橡胶的厚度取=5.1mm符合条件。所以，由此推出橡胶筒的外径得=26.7+5.1x2=36.9mm.则橡胶筒的外径为36.7mm. 岩心为最大长度86mm时，调节右螺母进入橡胶套9mm,则右螺母进入橡胶套9mm.此岩心为实验的最长长度，因此也就确定了此橡胶筒的最长长度,根据已确定的设计数据，带入数据我们可得： L=86+9+9=104mm考虑到橡胶筒在设计中夹持岩心同时，也有一部分在右顶紧螺

32、母中有一定长度来对其充入油体进行密封，则实际长度应该大于104mm，对于其取多长，在后面的密封设计中会提到。16则橡胶筒的图如下 岩心筒的设计此实验的关键在于对实验岩心的密封问题，密封的好坏直接影响实验结果的好坏，直接影响实验数据是否准确，而密封的关键又在于橡胶筒。然而，对嵌入的岩心筒来说，它是对橡胶筒起一个支撑作用，它的设计的好与坏，也对实验的成功与否，有着重要的影响。设计大体思路，对岩心筒来说，嵌在它之内的是橡胶筒，它的作用是通过环压孔，在岩心筒与橡胶筒之间的空隙中，冲入足量的液体（一般选择是油），然后外界通过环压孔充入液体加压，液体在外界压力下紧压橡胶筒，而此橡胶筒伸缩功能极强，当外界加

33、压后，橡胶筒牢牢地夹紧住了实验岩心，从而达到密封效果。由于橡胶筒要放入岩心筒，所以入口和出口的内径必须与橡胶筒相吻合，已知橡胶筒的外径为36.9mm.由于橡胶筒和岩心筒之间必须要有一定量的注入液体，在外界加压的情况下，从而夹住住实验岩心，所以中心直径必须大于36.9mm，据经验和查表所得，确定间隙在6.1mm为好，则按此推出：中心内径=36.9+6.1*2=49.1mm，取中心内径为50mm，对于外径的计算，也就是岩心筒壁厚的计算，它必须承受原始数据8MPa的工作压力。岩心筒是可看成是有一定厚度的容器，如蒸汽锅炉、液压刚体、储能器等，圆筒容器内部受到压强P的作用，只能承受拉力作用，在圆筒筒壁的

34、纵向和横向截面上，只有拉力作用，而且认为拉力应力沿壁厚方向是均匀分布的。可用截面法以通过圆筒直径的纵向截面将圆筒截为两半取一半圆筒为研究对象， 已知岩心筒内径为50mm,已知所给的环压8MPa，为了使得岩心筒能够承受8MPa的工作压力：由机械设计手册（GB12275），对取用金属材料1Cr18Ni9Ti,可查表和相应计算得：b=55MPa; s=20MPa;其中， b为为常温时材料的抗拉强度； s为钢材的屈服点；对于塑性材料，例如钢材、铝、铜等，用第四强度理论比较好。17由机械设计手册第二版上册第一章第五节可知，第四强度理论可知： 对于一些锅炉和液压缸等容器，材料的许用拉应力为： b为常温时材

35、料的抗拉强度，安全系数取n=35；已知压强P=8MPa;由压强公式P=Q/s得：Q为接触压力，S为接触面积；Q=P.s 由剪切力公式： 即： 又因为A为剪切面积： 即： 由式可得：取 n=5；b查表可得：由上述计算可知：19.15mm,才能满足要求考虑到材料的其他原因，选择厚度时候会适当增加。固我们取=20mm，一定满足设计要求.可知岩心筒的外径得D=50+20x2=90mm.下面是我们在设计岩心筒的内螺纹上可以查机械设计手册（第二版上册）,对一些一般螺纹的分类、特点、及应用见下表分析 18由于属于精密仪器，却受到较大的载荷，由此我们将螺纹设计为三角形螺纹，这样就会连接强度高，自锁性好，通过分

36、析和计算选用螺距是3mm的螺纹。由于绝大多数螺纹连接在装配时必须拧紧，使连接在承受工作载荷之前预先受到一个力的作用，以增强联结的可靠性和紧密性，以防止受载后被联结件出现缝隙或者发生相对划移，特别是像汽缸类别、管路凸缘、齿轮箱、轴承等要求紧密性较高的螺纹联结。因此，就需要一个预紧力，由查机械原理，我推荐：合金钢螺纹联结的预紧力（0.50.6）sA，因此在预紧此螺纹联结上实际操作人员需要注意此预紧力，不可大，也不可小。由机械设计手册。直径与螺纹（GB19363）查表知：19选螺距t=3mm;对于螺纹的长度，应根据螺纹的强度来计算，达到该强度后可以确定其尺寸.此外螺纹与内螺纹的联结，需要承受8MPa

37、的工作压力，而在两者的联结过程中，接触表面受挤压，在联结接合面处，受剪切，计算时，我们假设压力分布是均匀的，按挤压强度条件：p=F/doLminp其中涉及参数如下：do为孔直径；F为工作剪力；p为许用挤压应力；由上式可知，可取螺纹的长度为21mm，符合工作压力的要求。由机械设计手册（GB358）。可查螺距t=3mm,查退刀槽的长度为b=4.5mm;在橡胶筒进入岩心筒的时候，由外径39.6mm进入到内径50 mm中，需要一个过渡的尺寸，由机械设计手册（Q/2B13873）查：当D>3050mm时，=3mm;因为岩心筒的内径为50mm，为了便于加工，且为了减小橡胶筒进入岩心筒的安装阻力，=5

38、mm，而在过渡尺寸配合倒角5mm,由经验可取，内孔39.6mm的长度为15mm.又根据零件的倒角和倒圆半径，查机械设计手册（JB559）直径3050mm时，取1*45°直径5080mm时，取1*45°但是我们取岩心筒的外倒角为2*45°.取内倒角为1.5*45°,由实际经验可得，因为这完全是为了美观，为了使零件有更理想的视觉效果。因为环压孔必须受到8MPa的工作的压力，根据强度条件 其中F为工作压力，此处为8MPa的工作压力，为许用应力，由第四强度理论，代入数据可得：取环压孔径8mm,符合8MPa的工作压力。因为岩心筒的壁厚20mm,所以据查表取环压孔深

39、取8.5mm为宜，在下端，将采用硬密封方法，倒圆角，由机械设计手册（JB559），查得直径为610mm,取 r=1mm,固倒圆角为1mm，以下用3.5mm的通孔相连。由机械设计手册（GB19363）查表知，t=1mm(属于精密仪器，取细压螺纹)。综上所述，岩心筒的图如下20右柱塞的设计柱塞的作用是顶紧作用，从而测岩心的被泥浆损害程度。右柱塞是直接顶紧岩心的，由于给定的原始数据是岩心的直径25mm，固右柱塞直径取25mm。对于柱塞的长度确定应该有设计给予数据来计算：.当放置岩心最短时候，也就是岩心长度为54mm，和放置最长的时候为86mm, 则柱塞有一定移动路程为L路程=86-54=32mm,同

40、时也要加密封段20mm,也摇加右顶紧螺母的壁厚,也就是调节长度长度L=32+20+13=65,锁紧长度为42，则总长度为L总长=65+42+28=135mm.右顶紧螺母的设计由实验给定的岩心直径为25mm,为了岩心的顺利进入筒体,那么就可以确定螺母的内径应该大于25mm,就可以初步设计为螺母的内径为26mm.在实验给定油压为8MP,为了实验密封更好,在设计接触长度是考虑到他们的在油压下是否会有油在接触位置漏出,综合起来螺母与橡胶筒接触设计长度是18mm.厚度为3mm.这样达到了设计要求,也同时在该油压下不会产生漏油现象.由于在油进入筒体后会对该螺母产生压力作用,就会对其侧面有作用力,如果没有密

41、封设计,油会在压力下通过螺母流出,所以在此设计一个O型圈来防止油漏出.查找关于O型圈的设计手册,我们选择O型圈的内径是46.4mm.其宽度是4.8mm.在设计时候由于油压那么在O型圈的左右两边会设计一个宽为3mm的缓冲带,更加利于O型圈的安装和合理应用.通过O型圈的设计,可以得到在密封的部分长度L=4.8+3*2=10.8mm,那么我们取其长度是11mm.由于在设计中螺母是的内螺纹的设计上,由机械设计手册。直径与螺纹（GB19363）查表知： 内螺纹的公称尺寸是M38螺距是3mm在上面设计中O型圈的设计上内径是46.4mm,那么根据手册可以知道其外径是52mm,那么总体上该螺母的设计尺寸基本确

42、定.右调节螺母的设计 由上面设计中,调节螺母是嵌入右顶紧螺母中,那么通过设计中可以取其外螺纹的型号是与之相匹配的,则可以确定螺纹规格是公称尺寸是M38,螺距是3mm. 在设计右柱塞设计中其顶紧岩心的一端直径是30mm.则要想其在调节螺母上装进去,那么其内径应该大于30mm,根据此设计可以取其内径是30.5mm.,其长度可以由美观和需要设计只要可以调节和外观上考虑,则其长度可以设定为55mm.,在手接触部分就滚花,以便人为操作.右螺母的设计由设计需要，在设计右柱塞的时候确定尺寸为135mm，这样可以通过岩心筒的的长度得出螺母的长度L=34mm，在由于此岩心夹持器属于精密仪器，却受载荷，因此，我们

43、将螺纹设计为三角形螺纹，因为需要连接强度高，自锁性好，我们选用螺距是3mm的螺纹。22绝大多数螺纹连接在装配时必须拧紧，使连接在承受工作载荷之前预选受到一个力的作用，以增强联结的可靠性和紧密性，以防止受载后被联结件出现缝隙或者发生相对划移，特别是像汽缸类别、管路凸缘、齿轮箱、轴承等紧密性要求较高的螺纹联结。因此，就需要一个预紧力，由机械原理推荐：合金钢螺纹联结的预紧力（0.50.6）sA，因此在预紧此螺纹联结上实际操作人员需要注意此预紧力，不可大，也不可小。由机械设计手册。直径与螺纹（GB19363）查表知：23按公称尺寸d=60mm,选螺距t=3mm; 左柱塞的设计 在设计中,该零件是调节泥

44、浆通道作用，其一端面可以调节顶紧岩心的,这其初始直径应该大于岩心直径。 实验给定岩心直径是25mm,为了顶紧岩心并且不使其出现松动,取柱塞于岩心接触面的直径大于25mm,在接触面上我们取其上下长度多出5mm左右,现在就可以初步设定直径是35mm. 接触面上,由于有泥浆通过岩心筒的上面在贯穿,会有泥浆冲刷,该柱塞不可避免和泥浆直接接触,如果不采取密封措施,会有泥浆通过柱塞流出,对仪器有很大损害,也破坏测试精确度,那么我们就会在柱塞上加一个O型垫圈,其主要作用是密封,不让泥浆流出破坏仪器.通过查相关手册得出O型圈的内径是29mm外径和柱塞与岩心接触面直径一样,是35mm.至于O型圈放置位置离接触面

45、多远,根据经验,可以设置距离是13mm.由左边柱塞的长度在一些关键的尺寸上要与右边相搭配,其他尺寸可以根据美观和省材料角度上来人为设计尺寸,这我们可以取柱塞总长度是105mm. 左螺母的设计 在左螺母设计上,其作用是顶紧,使仪器能在正常工作,螺母规格在查表后可以得到是:公称尺寸是:M70, 螺距是3mm,这样可以得到该螺母的外径是70mm,其长度是50mm,由上面设计中提到左柱塞的尺寸可以得到其内径是52.5mm在外面部分就取其直径是66mm,在这些尺寸设定上有许多是认为设计,以便节省材料和美观的作用. 左旋紧螺母的设计该设计上与右进螺母思路基本一致,不过其尺寸有与我们在上面设计中一些尺寸的确

46、定,那么我们可以得到该螺母的规格是:公称尺寸是:M42,其螺距是3mm,内径根据左柱塞的直径为30mm,则我们取其直径大于30mm,不过为了省材料和美观可以取直径为30.5mm,在装配上可以套进,在长度设计上由于左柱塞的尺寸上与之接触部分是内径套上柱塞,则长度可以设置小于70mm就可以了,那么我们设定长度是55mm,这样我们的螺母尺寸基本都设定. 确定岩心筒的长度 上面的计算中，我们知道了右柱塞的长度是135mm，实验数据给出的岩心最大长度是86mm，最小长度是54mm,则可以推出从岩心一端到右边的长度是145mm在以上计算中，可以得到的该结果的。在计算中的强度较核是必要，通过以上方法在计算损

47、害仪的左端时候是依靠右边的计算尺寸可以确定尺寸的，有许多是现实中需要和材料需要。采取该尺寸的。则综合考虑可以知道岩心筒的总长度可以确定为210mm为最佳尺寸.橡胶筒密封设计 在设计密封方面，由于在8MP的作用力下会对橡胶的侧面和岩心接触面上产生压力，同时在橡胶套与左右顶紧螺母有一定力，所以在设计时候要在螺母与其接触面上设计好一定橡胶长度，来防止油不从橡胶筒中溢出。24根据上面设计中螺母的所受侧向压力！应该在顶紧橡胶套后，在（设计中）我们设计的初使橡胶套的长度是104mm，25这样在设计中会考虑到油压的作用，以及顶紧螺母的对橡胶套的作用，综合考虑后会初始长度是140mm，考虑到在左右顶紧中有13m长度是作用其中的，所以橡胶套的在筒中直线长度是L=140-13=127mm长度，26这样密封中有足够长度是在左右旋紧螺母作用下密封的。27泥浆损害仪的总示意图通过以上对岩心夹持器各个部件的设计，现在我们可知岩心夹持器的总体示意图如下：3.毕业设计总结作为我们将毕业的最后一次设计，充分的考察了我们大学四年学习情况，也提高了我对所学习的课程如机械设计，机械原理，理论力学，互换性与技术测量等了解。由于缺乏一定经验，